CN107356714A - 半柔性路面降解汽车尾气效率的评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种半柔性路面降解汽车尾气效率的评价方法，属于功能性路面技术领域，解决目前评价半柔性路面降解汽车尾气试验周期长、成本高、不直观、难以实时、直接呈现光催化剂降解效果的问题。本发明首先制备空隙率为25％～35％沥青混合料车辙板试件和含有TiO₂的水泥胶浆，灌注多孔沥青混合料车辙板，将表面多余水泥胶浆清除；放入试件在测试室，启动汽油发动机，同时按下汽车尾气分析仪测试按钮，监测汽车尾气浓度变化；当尾气各成分浓度值达到预定初始浓度范围时，记录尾气各成分初始浓度，分别打开不同光源，记录尾气各成分浓度值，连续观测2小时，分析测试结果，快速、直观评价半柔性路面对汽车尾气降解效果，为研发高效光催化路面提供可靠评价方法。

Description

半柔性路面降解汽车尾气效率的评价方法

技术领域

本发明是一种半柔性路面降解汽车尾气效率的评价方法，属于功能性路面技术领域。

背景技术

随我国城镇化水平提高和立体交通发展，我国城市道路总里程已达40万公里，总面积达75亿平方米。由于城市道路受沿街建筑物影响，空气流动相对不畅，汽车排放的尾气短时间内难以流通，在城市道路表面和上部空间聚集，导致汽车尾气浓度明显偏高，有毒有害物质含量高，严重污染环境，危害居民健康。因此，基于城市道路路面研究治理汽车尾气新技术显得日益迫切。已有研究和调研结果表明，汽车排放的尾气没有随汽车尾部的较强空气涡系而上升或迅速扩散，而是随热量的快速散失在流动中下沉并趋向于路面，最终随涡系的发展而缓慢扩散。可见，汽车尾气排出后首先与路面接触，基于路面负载光催化剂降解汽车尾气是可行的，具有重要研究价值和现实意义。

目前常用治理和降解汽车尾气的方法中，光催化降解技术以其安全、反应条件温和、长效、能耗低、可再生、价格低廉等诸多优点逐渐引起人们的重视，而其独特的优点也使其在汽车尾气治理领域发挥着越来越重要的作用。光催化降解材料本身并不直接参与氧化还原反应，而是作为一种催化剂促进汽车尾气降解反应的进行，材料本身不会消耗所以它在理论上具有永久性，长时间净化各种有害气体的功能。因此可以将光催化降解材料用于路面、沿街墙壁、隧道内衬表面，实现净化空气的目的。

因为二氧化钛(TiO₂)光催化剂具有活性高、无毒、无二次污染、化学稳定性好、价格低廉、可重复使用等优点，已成为净化尾气的有效途径之一。目前TiO₂光催化技术在国际上已取得了一定的成果，证实了其应用的可行性。日本最先开始光催化剂技术产业化工作，研制出具有空气能力的水泥，并成功地将这种含有TiO₂光催化剂的水泥铺设在路面上，用来降解汽车尾气，取得较好的效果。欧美国家也进行这方面的研究，并通过对试路段实测对TiO₂光催化效果进行评价，取得了一定的成果。国内研究者将光催化剂通过一定方法涂抹与水泥混凝土路面，一方面可以实现路面洁净的作用，另一方面可以降解汽车尾气。TiO₂既可以作为光催化剂材料，又可以作为建筑材料，TiO₂粉末与水泥混凝土混合不会改变其原始性能，TiO₂用于水泥基材料中具有更好的催化降解功能。也有将光催化材料用于沥青路面中，分析TiO₂不同掺配方式对路面尾气降解效果、耐久性等影响。但是，研究表明，TiO₂用于水泥基材料比用于沥青路面具有更高的催化降解汽车尾气效果。

众所周知，水泥路面具有强度高、稳定性好、无老化现象、耐久性好、夜间行车效果好、初期养护费少等优点，以及有接缝、初期造价高、噪声大、行驶舒适性差、修筑周期长，开放交通迟、养护维修困难等缺点。沥青路面具有表面平整、无接缝、行车舒适、振动小、噪音低、耐磨、施工期短、养护维修简便、可再生利用等优点，以及存在温度稳定性差、易产生车辙、开裂、水损坏、老化等早期破坏，耐久性较差等不足。

为适应道路建设的发展要求，克服沥青和水泥路面存在的不足，取长补短、优势互补，半柔性路面这一新型结构形式应运而生。半柔性路面是一种以空隙率为25％-35％的开级配大孔隙沥青混合料为基体，灌注流动性好、强度高的特制水泥胶浆而形成的一种新型复合路面结构类型。半柔性路面与普通路面不同，属于密实-骨架嵌挤型结构。半柔性路面兼有柔性沥青路面无接缝，行车舒适性高的优点和刚性水泥路面承载力强、耐磨性、耐久性好的优点，提高了路面的耐久性和服务水平。其中，水泥胶浆为路面负载TiO₂光催化剂并提高降解尾气效率提供了有力条件。

另外，由于路面空间、通风、光照等条件的影响，难以在路面上现场直接准确评价光催化剂对汽车尾气降解的效果。在现有条件下，试验室内通常利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见光漫反射光谱(UV-Vis DRS)等表征手段对光催化材料进行测试分析，其结果只能在理论上支持光催化材料的降解效果，且试验周期长，成本高，试验结果不直观，不能直接呈现光催化剂对汽车尾气的降解效率。

因此，本发明提出一种半柔性路面降解汽车尾气效率的评价方法，在室内较真实模拟不同光照条件，且检测结果直观的测试系统，以此来评价光催化剂对汽车尾气(包括碳氢化合物、氮氧化合物、一氧化碳、二氧化碳)的降解效果。所以，本发明利用光催化原理，以紫外光和可见光作为光源，研发了模拟不同光照条件下的汽车尾气降解测试室，并利用汽车尾气分析仪实时监测测试室内的尾气浓度变化。为研发高效光催化剂提供实时、可靠的测试数据提供有利的条件。

发明内容

(1)技术问题

本发明目的是提供一种半柔性路面降解汽车尾气效率的评价方法，解决目前评价不同光照条件下半柔性路面降解汽车尾气试验周期长、成本高、测试结果不直观、难以实时、可靠直接呈现光催化剂降解效果的问题。

(2)技术方案

鉴于目前存在评价不同光照条件下半柔性路面降解汽车尾气试验周期长、成本高、测试结果不直观、难以实时、可靠直接呈现光催化剂降解效果的问题。本发明技术方案如下：首先根据集料筛分结果确定半柔性路面结构中AC-13级配的多孔沥青混合料骨架的级配和改性沥青用量，制备空隙率为25％～35％沥青混合料车辙板试件；然后，按照一定比例依次将水、水泥、光催化剂TiO₂粉末加入搅拌机进行搅拌，制得含有TiO₂的水泥胶浆，灌注多孔沥青混合料车辙板，将表面多余水泥胶浆清除，养生7天；其次打开汽车尾气分析仪主机并调试，如图1，进行测试室密闭性测试后把制备的半柔性路面试件放入样品台上，启动真空泵，使测试室气压达到-0.02MPa；再启动汽油发动机，同时按下汽车尾气分析仪测试按钮，实时监测汽车尾气各成分(包括碳氢化合物、氮氧化合物、一氧化碳、二氧化碳)浓度变化情况；最后持续通入尾气，当尾气各成分浓度值达到预定初始浓度范围时，关闭进气阀门，记录尾气各成分初始浓度值，分别打开不同光源，每隔10分钟记录尾气各成分浓度值，连续观测2小时，分析测试结果，分别评价半柔性路面在不同光源照射下对汽车尾气的降解效果。

(3)有益效果

随着我国城镇化水平逐渐提高和交通运输业持续快速发展，我国汽车保有量大幅度增加，从而导致的城市汽车尾气污染问题日益严重，汽车尾气已成为雾霾天气的重要原因之一。水泥胶浆为路面负载TiO₂光催化剂并提高降解尾气效率提供了有力条件。半柔性路面兼有柔性路面无接缝，行车舒适性高的优点和刚性路面承载力强，耐磨性、耐久性好的优点。其中，水泥胶浆为路面负载TiO₂光催化剂并提高降解尾气效率提供了有力条件。

负载光催化剂的半柔性路面作为降解汽车尾气的有效方法之一，需要一套简单、高效的测试系统，来评价光催化剂的降解效果。本发明提供的一种半柔性路面降解汽车尾气效率的评价方法，能较真实模拟不同光照条件，具有较强的抗干扰能力，测试准确，可反复使用，可满足汽车尾气光催化材料降解效果的测试要求，与传统的表征方法相比，该方法可以较快的评价光催化材料的降解效果，成本较低，可实时连续观察各汽车尾气成分的变化，为研发高效光催化剂提供可靠的实测数据，对净化隧道尾气污染，提高空气质量具有重要的现实意义。

附图说明

图1半柔性路面降解汽车尾气测试装置示意图

1-汽车尾气进口；2-进气控制阀；3-气压表；4-光源灯座；5-排气控制阀；6-抽气控制阀；7-真空泵；8-汽车尾气分析仪；9-样品台；10-测试室

具体实施方式

本发明提供一种半柔性路面降解汽车尾气效率的评价方法，具体实施步骤如下：

(1)根据集料筛分结果确定半柔性路面结构中AC-13级配的多孔沥青混合料骨架的级配和改性沥青用量，采用碾压成型方法制备空隙率为25％～35％沥青混合料车辙板试件，室温静置24小时；

(2)按照一定比例依次将水、水泥、光催化剂TiO₂粉末加入搅拌机进行搅拌，制得含有TiO₂的水泥胶浆，控制其流动度为9～11秒，灌注多孔沥青混合料车辙板，将表面多余水泥胶浆清除，露出多孔沥青混合料，养生7天；

(3)检测前打开汽车尾气分析仪主机并调试，先进行测试室密闭性测试，确保测试室密闭后把制备的半柔性路面试件放入样品台上，启动真空泵，使测试室气压达到-0.02MPa，利于尾气进入测试室；

(4)启动汽油发动机，待发动机运行稳定，打开测试室进气控制阀，通入模拟汽车尾气，同时按下汽车尾气分析仪测试按钮，实时监测汽车尾气碳氢化合物、氮氧化合物、一氧化碳、二氧化碳的浓度变化情况；

(5)持续通入尾气，观察汽车尾气分析仪上碳氢化合物、氮氧化合物、一氧化碳、二氧化碳的浓度变化，当尾气各成分浓度值达到预定初始浓度范围时，停止通入尾气，关闭进气阀门；

(6)记录尾气各成分初始浓度值，分别打开不同光源，每隔10分钟记录尾气中碳氢化合物、氮氧化合物、一氧化碳、二氧化碳的浓度值，连续观测2小时，分析测试结果，分别评价半柔性路面在不同光源照射下对汽车尾气的降解效率。

Claims (1)

1.一种半柔性路面降解汽车尾气效率的评价方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：

(1)根据集料筛分结果确定半柔性路面结构中AC-13级配的多孔沥青混合料骨架的级配和改性沥青用量，采用碾压成型方法制备空隙率为25％～35％沥青混合料车辙板试件，室温静置24小时；

(2)按照一定比例依次将水、水泥、光催化剂TiO₂粉末加入搅拌机进行搅拌，制得含有TiO₂的水泥胶浆，控制其流动度为9～11秒，灌注多孔沥青混合料车辙板，将表面多余水泥胶浆清除，露出多孔沥青混合料，养生7天；

(3)检测前打开汽车尾气分析仪主机并调试，先进行测试室密闭性测试，确保测试室密闭后把制备的半柔性路面试件放入样品台上，启动真空泵，使测试室气压达到-0.02MPa，利于尾气进入测试室；

(4)启动汽油发动机，待发动机运行稳定，打开测试室进气控制阀，通入模拟汽车尾气，同时按下汽车尾气分析仪测试按钮，实时监测汽车尾气碳氢化合物、氮氧化合物、一氧化碳、二氧化碳的浓度变化情况；

(5)持续通入尾气，观察汽车尾气分析仪上碳氢化合物、氮氧化合物、一氧化碳、二氧化碳的浓度变化，当尾气各成分浓度值达到预定初始浓度范围时，停止通入尾气，关闭进气阀门；

(6)记录尾气各成分初始浓度值，分别打开不同光源，每隔10分钟记录尾气中碳氢化合物、氮氧化合物、一氧化碳、二氧化碳的浓度值，连续观测2小时，分析测试结果，分别评价半柔性路面在不同光源照射下对汽车尾气的降解效率。